随着科学技术的不断进步,传统的钢铁材料在实际应用中已经难以满足需求,而激光熔覆技术的出现为该问题的解决提供了一条新途径。作为一种新型的材料表面改性工艺,激光熔覆技术能够有效地提高基材表面的性能,延长材料使用年限,但激光熔覆时熔覆层具有高温、快速、复杂的冶金特点,熔覆层在成型过程中会发生复杂的物理化学反应,采用传统的试验方法难以进行实时研究,故而,探索一条新的研究熔覆层成型过程的途径就具有重大的实际意义。而数值模拟技术可以直观的重现激光熔覆时温度场和微观组织的演化,且研究周期短,节约资源,目前已成为一种新型的研究方法。本文分别构建了有限元模型和有限差分模型,针对两种模型的建模过程、温度场模拟结果、与元胞自动机模型耦合的难易程度等方面进行了综合考虑,拟在熔覆Inconel 625合金时,温度场分布计算采用有限元模型,微观组织演变模拟采用有限差分模型。通过有限元模型对单道以及多层多道激光熔覆时温度场的演化进行了仿真,温度场呈近似的椭圆状分布,熔覆区域热量高度集中;多道激光熔覆时,前一道熔覆过程会对后续熔覆过程产生预热作用。在此基础上,探究了试样不同节点热循环曲线的转变规律,研究了不同熔覆工艺参数下温度场的演变状况,当激光功率增大,熔覆温度升高,激光扫描速度加快,熔覆温度降低。并针对模拟的温度场结果进行了验证性试验,模拟的熔覆层外貌轮廓及尺寸与试验结果基本一致。在有限差分模型的基础上,构建了晶体生长的元胞自动机-有限差分（CA-FD）模型。通过对熔覆层中等轴晶的生长以及溶质偏析进行模拟,证明了所建模型能够正常运行且稳定性良好。采用CA-FD模型对单道和多层多道熔覆层中晶体的生长过程进行了模拟,模拟的晶体形核与生长过程符合晶体凝固学理论,并揭示了不同参数对晶体形貌的影响规律:随着形核基底数的增多或激光扫描速度的加快,熔覆层中晶体数量增多,晶体尺寸减小;随着激光功率的增大,熔覆层中晶体数量减少,晶体尺寸增大。同时,对所模拟的晶体形貌结果进行了验证,模拟结果和试验结果基本一致。基于所建的晶体生长CA-FD模型,构建了相转变CA-FD模型和三维晶体生长CA模型,实现了熔覆层凝固过程相转变以及三维等轴晶的数值模拟,发现熔覆层微观组织最终由γ+NbC+Laves三相组成;随着过冷度的增大,晶体生长速度加快,晶体发生粗化,二次枝晶数量增多;随着扰动振幅的增大,二次枝晶数量增多,一次枝晶和二次枝晶都有所细化。同样的,对相变结果进行了试验验证,模拟的相转变过程较为合理。综上所述,本文采用数值模拟技术对激光熔覆Inconel 625合金进行了系统的研究,阐明了熔覆时熔覆层温度场和微观组织的演化机理,揭示了不同参数对熔覆层凝固过程的影响规律,为熔覆工艺的选取和熔覆组织的调控提供借鉴。